CN201347437Y - 一种转底炉的富氧燃烧直接还原生产金属化球团的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于钢铁行业金属化球团(或直接还原铁)生产技术领域，转底炉的富氧燃烧直接还原生产金属化球团的设备，包括：转底炉、鼓风机、换热器、氧气输送管、空气进气管；氧气输送管接入空气输送管，空气输送管通过鼓风机连接换热器，换热器通过管道连接到转底炉的烧嘴。本实用新型突破了现有空气作为燃烧介质，氧含量固定的限制，实现了燃烧介质中氧含量可控的实际需要，进一步提高了转底炉热效率，空气消耗量降低35％以上，总助燃气体消耗量降低31％以上；降低了煤气消耗、烟气排量及投资成本，并且符合国家节能减排，循环经济的政策要求。

Description

一种转底炉的富氧燃烧直接还原生产金属化球团的设备

技术领域

本实用新型属于钢铁行业金属化球团(或直接还原铁)生产技术领域，具体涉及一种转底炉的富氧燃烧直接还原生产金属化球团的设备。

背景技术

转底炉直接还原工艺生产金属化球团(直接还原铁)是最近三十年间发展起来的炼铁新工艺。由于这一工艺无需燃料的制备和原料的深加工，对合理利用自然资源、保护人类环境有积极作用，因而受到冶金行业的普遍关注。

国内外现有转底炉工艺均采用空气作为助燃介质，由于空气中助燃有效物质氧的含量是固定的，所以转底炉热效率、煤气消耗等技术指标都不同程度受到限制。

与此同时，富氧燃烧技术在冶金工业、化学工业和医疗保健等领域得到了广泛应用。在钢铁行业，烧结、炼铁、炼钢等工序都有富氧燃烧的应用。高炉通过富氧鼓风能够显著降低焦比，提高产量，据统计，富氧浓度提高1％，其铁产量可以提高4％～6％，焦比降低5％～6％；烧结工序通过使用富氧提高燃料的燃烧速度和燃烧速率，提高烧结机的利用系数和烧结矿的除硫率，大大降低工序能耗；转炉炼钢LD法通过吹入高纯氧，不仅降低了钢的含碳量，清除了磷、硫、硅等杂质，而且还可以用反应热来维持冶炼过程所需要的温度，使冶炼时间缩短，产量提高。就转底炉工艺而言，过去长期受制氧技术的限制，氧气成本较高，配用富氧空气后，转底炉生产的成本大大提升，产生的是负效益。因此，从上世纪七十年代至九十年代，在转底炉工艺中没有实施富氧燃烧技术，也未见转底炉使用富氧燃烧技术的相关报道。但近几年，随着吸附制氧技术的逐渐成熟，制氧价格的大幅下降(目前制取纯度80％的氧气，以纯氧计算，吨氧耗电量仅0.35度电)，从而使得在转底炉工艺中使用富氧燃烧技术成为可能。

CN101134985公开了一种煤基金属化球团的熔分炉炼铁法，工艺过程包括将铁矿粉、煤粉和粘结剂按比例混合、压球、烘干和经转底炉熔融还原成为金属化球团的步骤，其特征在于还包括将仍为固相的金属化球团装入熔分炉进行终还原的步骤，其中所述的熔分炉由竖炉和前炉构成，前炉为燃烧室，由两个天然气烧嘴沿切线方向，向燃烧室内喷射天然气，通过烧嘴的中孔将加热到1000℃的含氧量为30％的富氧空气喷入助燃，使燃烧室的温度达到1800～2000℃；高温热气由燃烧室进入竖炉中，继续加热球团，使之最终还原成液态生铁。本法的优点是冶金过程杜绝了污染，能源得到了合理利用，提高了生产效率和降低了生产成本。此方法是转底炉生产的金属化球团经罐车装入熔分炉后还原成液态生铁的过程中，熔分炉使用了富氧燃烧技术，转底炉仅起预还原的作用。

CN1940092A(申请号200510104882.7)公开了一种以铁矿粉和煤粉混合制成的自还原球团为原料的二步法熔融还原炼铁工艺；第一步以转底炉实行预还原，获得金属化率＞80％的金属化球团，第二步金属化球团热装入熔融造气炉，实现终还原和熔化分离渣铁，得到液态生铁，同时产生煤气，作为自身热风炉及转底炉燃气使用。但是该工艺没有在第一步转底炉预还原中使用富氧燃烧技术，该步骤与使用了富氧燃烧技术的转底炉工艺相较而言，其煤气和空气消耗量、排烟量均较高，因此，相应的设备规格变大，设备投资成本、运行成本也较高。

发明内容

针对现有技术的局限性，本实用新型提供一种用于转底炉的富氧燃烧直接还原生产金属化球团的设备，同时提供一种可进一步提高转底炉热效率，降低煤气消耗、烟气排量及投资成本的预热富氧燃烧新技术。

本实用新型提供一种用于转底炉的富氧燃烧直接还原生产金属化球团的设备，包括：转底炉(1)、鼓风机(2)、换热器(3)、氧气输送管(4)、空气进气管(5)；氧气输送管(4)接入空气输送管(5)，空气输送管(5)通过鼓风机(2)连接换热器(3)，换热器(3)通过管道连接到转底炉的烧嘴(7)和二次风喷嘴(8)。

富氧后的混合气体依靠鼓风机提供动能进入换热器换热升温，换热器的热量来源是转底炉高温废烟气，换热后的富氧混合气体通过管道连接到转底炉的烧嘴，强化转底炉内的燃烧反应。

优选的，氧气输送管上留有阀门(9)和压力检测表(10)，配入氧气量是依靠氧气输送管上的阀门和压力检测表来控制。

优选的，转底炉的烧嘴(7)有20～200个，烧嘴(7)分段控制，烧嘴(7)位于转底炉的炉壁顶部，相对于转底炉的炉壁顶部中心呈同心圆排列，同心圆为2～5圈。

转底炉的二次风喷嘴(8)有20～100个，二次风喷嘴(8)位于转底炉的内外炉壁上，二次风喷嘴(8)的排列为内、外侧壁间隔排列，即不允许两个二次风烧嘴在一条直线上对吹热风。

本实用新型所用富氧空气是浓度为70％以上的氧气与空气的混合气体，混合气体的氧气浓度为21％～40％。将氧气输送管与转底炉的空气进气管相连，氧气输送管上留有阀门和压力检测表，根据需要调节阀门大小控制氧气流量，获得实际生产需要的富氧浓度，混合气体经鼓风机进入换热器，混合气体与高温烟气在换热器内进行热交换，混合气体温度升至500℃，然后进入转底炉烧嘴强化燃烧。

本实用新型还提供一种用于转底炉的富氧燃烧直接还原生产金属化球团的方法，其特征是：以富氧空气为助燃气，富氧空气经鼓风机进入换热器，在换热器中富氧空气与高温烟气进行换热后，温度升至400～600℃，再进入转底炉。

优选的，所述用于转底炉的富氧燃烧直接还原生产金属化球团的方法，包括下列步骤：

1)富氧空气经鼓风机进入换热器，在换热器中富氧空气与高温烟气进行换热后，温度升至400～600℃；

2)换热后的富氧空气进入转底炉的烧嘴；

3)燃气和富氧空气中O₂在烧嘴混合燃烧，燃烧反应放出的热量以辐身热的方式传至球团，转底炉预热段内气氛温度1000℃-1100℃，球团内的锌、铅等氧化物发生还原反应，生成的锌、铅等金属脱离球团进入烟气；球团进入转底炉还原段；

4)烟气进入烟气回收系统，随着烟气温度的逐步降低，金属锌、铅等又被氧化成氧化锌、氧化铅等沉落下来，清扫系统管壁对锌、铅等进行回收；烟气经除尘器除尘后排入大气；

5)通过调控燃气及富氧空气量，还原段内气氛温度达到1250℃-1350℃，球团内部铁氧化物大部分还原成金属铁。

经转底炉直接还原生产的金属化球团，其品位大于65％，金属化率大于70％，小于5mm的碎球及粉料不超过3％，可以直接供高炉使用。

所述富氧空气是浓度为70％以上的氧气与空气的混合气体，混合气体的氧气浓度为21％～40％。

有益效果：

1、本实用新型的系统使转底炉投资费用降低，或者可以在设备容量不变的情况下增大冶炼强度，提高转底炉的利用系数。

2、本实用新型的设备在转底炉内富氧空气强化燃烧，可大幅降低转底炉的煤气消耗量，达到单体工序节能降耗的显著效果。

2、本实用新型的方法可降低燃料的燃点温度和燃尽温度，提高燃烧区的火焰温度，加快燃烧速度，促进完全燃烧。

3、本实用新型的设备可降低空气消耗系数，减少排烟量，从而使转底炉热效率得以提高。

4、本实用新型的方法通过减少排烟量和降低排烟黑度，减少了排烟对大气环境的污染。

总之，本实用新型突破了现有空气作为燃烧介质，氧含量固定的限制，实现了燃烧介质中氧含量可控的实际需要，进一步提高了转底炉热效率，空气消耗量降低35％以上，总助燃气体消耗量降低31％以上；降低了煤气消耗、烟气排量及投资成本，并且符合国家节能减排，循环经济的政策要求。

附图说明

图1是本实用新型的工艺流程图。

图2是本实用新型的设备简图。其中：1转低炉，2鼓风机，3换热器，4氧气输送管，5空气进气管，6废气烟筒，7烧嘴，8二次风喷嘴，9氧气阀门，10氧气压力表。

图3是本实用新型转底炉部分的俯视图。

具体实施方式：

下面结合说明书附图对本实用新型的几个具体实施方式和实施效果做进一步说明：

实施例1：

一种用于转底炉的富氧燃烧直接还原生产金属化球团的设备，包括：转底炉(1)、鼓风机(2)、换热器(3)、氧气输送管(4)、空气进气管(5)；氧气输送管(4)接入空气输送管(5)，空气输送管通过鼓风机(2)连接换热器，换热器通过管道连接到转底炉的烧嘴(7)和二次风喷嘴(8)。

富氧后的混合气体依靠鼓风机提供动能进入换热器换热升温，换热器的热量来源是转底炉高温废烟气，换热后的富氧混合气体通过管道连接到转底炉的烧嘴，强化转底炉内的燃烧反应。

氧气输送管上留有阀门(9)和压力检测表(10)，配入氧气量是依靠氧气输送管上的阀门和压力检测表来控制。

以空气为助燃气时，空气经鼓风机(2)进入换热器(3)，空气与高温烟气进行换热后，空气温度升至500℃，再进入转底炉(1)参与燃烧反应。燃气和空气中O₂在烧嘴混合燃烧，燃烧反应放出的热量以辐身热的方式传至球团，用于球团内铁、铅、锌和其它氧化物的还原。生成的金属锌、铅等脱离球团进入烟气，而球团内部铁氧化物大部分还原成金属铁。经转底炉直接还原生产的金属化球团，其品位大于65％，金属化率大于70％，小于5mm的碎球及粉料不超过3％，可以直接供高炉使用。

以1吨金属化球团为基准，煤气消耗量233.05Nm3/t，空气消耗量1714.53Nm3/t，纯氧消耗量0Nm3/t，总助燃气体消耗量1714.53Nm³/t，烟气生成量2059.39Nm³/t，烟气出炉温度1100℃。

实施例2：

转底炉的富氧燃烧直接还原生产金属化球团的设备，包括：转底炉、鼓风机、换热器、氧气输送管、空气进气管；氧气输送管接入空气输送管，空气输送管通过鼓风机连接换热器，换热器通过管道连接到转底炉的烧嘴。氧气输送管上留有阀门和压力检测表。配入氧气量是依靠氧气输送管上的阀门和压力检测表来控制。

氧气输送管接入空气输送管，配入氧气量是依靠氧气输送管上的阀门和压力检测表来控制，富氧后的混合气体依靠鼓风机提供动能进入换热器换热升温，换热器的热量来源是转底炉高温废烟气，换热后的富氧混合气体通过管道连接到转底炉的烧嘴，强化转底炉内的燃烧反应。

以富氧25％为助燃气时，将空气与纯氧按一定比例混合形成富氧，富氧经鼓风机(2)进入换热器(3)，富氧与高温烟气进行换热后，富氧温度升至500℃，再进入转底炉的烧嘴(7)和二次风喷嘴(8)；进入转底炉(1)参与直接还原反应。燃气和富氧空气中O₂在烧嘴混合燃烧，燃烧反应放出的热量以辐身热的方式传至球团，转底炉预热段内气氛温度1000℃-1100℃，球团内的锌、铅等氧化物发生还原反应，生成的锌、铅等金属脱离球团进入烟气；球团进入转底炉还原段；烟气进入烟气回收系统，随着烟气温度的逐步降低，金属锌、铅等又被氧化成氧化锌、氧化铅等沉落下来，清扫系统管壁对锌、铅等进行回收；烟气经除尘器除尘后排入大气；通过调控燃气及富氧空气量，还原段内气氛温度达到1250℃-1350℃，球团内部铁氧化物大部分还原成金属铁。其它同实施例1。

以1吨金属化球团为基准，煤气消耗量181.83Nm³/t，空气消耗量1120.68Nm³/t，纯氧消耗量59.77Nm³/t，总助燃气体消耗量1180.45Nm³/t，烟气生成量1503.98Nm³/t，烟气出炉温度1100℃。

实施例3：

以富氧30％为助燃气时，将空气与纯氧按一定比例混合形成富氧，富氧经鼓风机进入换热器，富氧与高温烟气进行换热后，富氧温度升至600℃，再进入转底炉参与直接还原反应。其它同实施例2。以1吨金属化球团为基准，煤气消耗量147.82Nm³/t，空气消耗量728.06Nm³/t，纯氧消耗量93.61Nm³/t，总助燃气体消耗量821.69Nm³/t，烟气生成量1136.11Nm³/t，烟气出炉温度1100℃。

实施案例对比：

Claims (4)

1.一种转底炉的富氧燃烧直接还原生产金属化球团的设备，包括：转底炉(1)、鼓风机(2)、换热器(3)、氧气输送管(4)、空气进气管(5)；氧气输送管(4)接入空气输送管(5)，空气输送管(5)通过鼓风机(2)连接换热器(3)，换热器(3)通过管道连接到转底炉的烧嘴(7)和二次风喷嘴(8)。

2.一种如权利要求1所述的转底炉的富氧燃烧直接还原生产金属化球团的设备，其特征是，氧气输送管上留有阀门(9)和压力检测表(10)，配入氧气量是依靠氧气输送管上的阀门和压力检测表来控制。

3.一种如权利要求1所述的转底炉的富氧燃烧直接还原生产金属化球团的设备，其特征是，转底炉的烧嘴(7)有20～200个，烧嘴(7)分段控制，烧嘴(7)位于转底炉的炉壁顶部，相对于转底炉的炉壁顶部中心呈同心圆排列，同心圆为2～5圈。

4.一种如权利要求1所述的转底炉的富氧燃烧直接还原生产金属化球团的设备，其特征是，转底炉的二次风喷嘴(8)有20～100个，二次风喷嘴(8)位于转底炉的内外炉壁上，二次风喷嘴(8)的排列为内、外侧壁间隔排列。

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